辽西低山丘陵区水库污染水生态修复研究

袁晓奇

(辽宁宇鑫建设有限公司，辽宁 沈阳 110000)

0 引言

辽西低山丘陵区生态环境恶劣、经济发展相对滞后，近年来一系列开发政策的提出与落实明显加快了当地发展速度[1]。然而，在社会经济发展水平不断提高的同时，必须高度重视辽西低山丘陵区环境质量，历史上因忽视生态环境保护而导致森林生态系统遭到严重破坏，主要表现为水土流失、河流严重污染、树木被肆意砍伐等。辽西低山丘陵区水库水体污染，不仅会制约经济社会发展，降低辽西整体生态水平，还会给下游防洪安全构成潜在威胁[2]。因此，改善辽西地区整体生态环境的关键是修复水库污染水体。国内学者从不同角度研究了水生态修复技术[3-5]，如杨非等[6]提出生态修复研究区水体的工程技术措施，主要有水生植物修复、生态护坡、组合型生态浮床和截污围隔装置等，经6个月稳定运行有效去除了水体中的氮磷等污染物，有效提升和修复了水生态系统功能与结构；张瑞等[7]以北京市陶然亭湖为例，应用群组决策的层次分析法综合评价了水生态修复工程，结果显示该工程达到良好等级。

为生态修复辽西低山丘陵区水库污染水体，以大凌河干流阎王鼻子水库为例，考虑污染水体实际情况提出合理的修复技术，并对污染水体修复效果利用实地监测数据进行分析，以验证修复技术的可行性与有效性。然后结合实际监测数据制定生态修复措施，保证生态环境的明显改善以及水库污水的有效控制。

1 辽西低山丘陵区水库水体污染特征

水库开发通常以解决生产生活问题和旅游、渔业、防洪、发电等获取经济利益为目的，因缺少水环境保护措施水库水源极易受到污染[8]。大凌河流域是辽西地区的重要水系，近年来因盲目开发、水环境保护滞后等使得水库水源受到严重污染，其主要特征如下：(1)点源污染长期存在：水库周边发展速度快、开发力度大，但管网建设滞后导致污水与降雨无法合理分流；此外，水库截污支管高于干管管底高程致使周边废水、污水难以排放到截污干管，水库接受大量污废水使得点源污染长期存在。(2)面源污染不断加剧：降雨和地表径流作用下水库沿岸露天堆放的生活垃圾、裸露的土地等流入水体，从而加剧了水库面源污染。(3)内源污染逐渐显露：因未及时有效地清理水库底部长期积累的垃圾沉积物、淤泥等，氮、磷等污染物不断从沉积物中释放出来，从而导致河库水体严重富营养化。

2 辽西低山丘陵区水库水体污染修复方法

2.1 修复理念

通过对辽西低山丘陵区水系状况的全面分析提出水生态修复理念，具体如下：(1)水库的协同治理，水库水源生态修复涉及因素多、覆盖范围广，这是一项高难度、系统性复杂治理工程，修复过程中必须有效衔接水库-流域之间的关系，最大程度地消除因水库水体污染而对整个流域造成影响的现象。(2)生态修复与污染控制有机结合，水库污水治理过程中要综合利用生态修复与污染控制技术，尽量减少人为干扰，最大程度地发挥水体自净功能。总体上，可将修复过程划分成3个阶段：第一阶段，通过截污干管整修、河库清淤等，从根本上防止外界污染物流入水体有效控制流域污染物比重；第二阶段，考虑到氮、磷等营养元素会引起“水华”，所以严格控制氮、磷浓度非常关键，为了减少水体中的氮磷含量可采取种植水生植物的措施；第三阶段，通过水生生物优化充分利用水体自净功能，逐步达到水体自净功能稳定发挥的目的。(3)人工循环与自然补水相结合，针对辽西地区水库补给水源不足的问题要合理利用自然降水，通过设置循环式排水管道等人工干预措施提高干旱季节的水体流动性，从而实现换水周期有效缩短以及水库水生态环境明显改善的目标。

2.2 修复技术

本文综合考虑流域实现功能、污染程度、水文特征和水库环境状况，结合现有研究成果制定水生态修复技术体系如表1，生态修复关系如图1。

图1 水生态修复技术原理表1 水库污染水体生态修复技术体系

分区库区入库段水文特征水库补给方式以雨水为主,汇水面积大,水位变化小干旱季节易干枯,河道比降大,同水面间河岸高差4.0m,汇水面积大污染程度污水入库,淤泥中营养盐比例高,水库水体发黑发臭河库底部受冲刷破坏,部分污水直接入流实现功能优化周边生态景观与环境防洪为主,辅助景观效果改善修复技术将水体自修复与人工修复相结合,防治污染物流入,净化水体水质对入库污水截流,考虑流域降水量大的特点修筑雨水渗滤沟等

1)污水截流。辽西低山丘陵区水库严重淤积，加之年久失修、长期管理不善等库区水体受到污染；此外，随着辽西地区开发速度不断加快，水库周边部分项目排污不达标，未经达标处理污水被直接排入河库，从而导致水体受到污染[9]。为解决以上问题，将溢流井安置于污水排放终端以达到污水截流的作用。

2)底泥清淤。库区水域具有水体置换周期长、水流速度慢、成库时间长等特点，水库长期接纳外界排入的污水，底部大量沉积物淤积，为了减轻水库水体受污染程度应及时清除底部的淤泥等[10]。

3)雨水渗滤沟。由于地表污染物随降雨径流极易进入水库，所以有效处理雨水就显得非常重要。为了解决该问题可以修筑雨水渗滤沟，根系茂盛的植物能够吸收渗滤沟中的营养物质，而降雨径流中的悬浮物能够被大根系有效截留；多点渗滤能够有效避免雨水冲刷库岸的情况，这也是创建生物净化带的重要环节，渗滤沟的剖面形式如图2。

图2 渗滤沟剖面图

4)人工循环管道。该项措施能够明显改善水体的循环效果，有效促进水库水体流动。针对水库转弯处水体流动缓慢问题可以利用循环水泵抽取并排入雨水渗滤沟过滤，完成过滤后再排入水库，从而增强水体的流动性及其自净化功能，保证水质恶化得到有效控制。

3 辽西低山丘陵区水库水体修复效果

大凌河干流上共有宫山咀、阎王鼻子和白石三座控制性水库，其中宫山咀至阎王鼻子水库段属上游段，该段具有显著的山区型河流特征，河道比降平缓，河长156.8 km，汇入有第二牤牛河、大凌河西支、老虎山河等支流。以大凌河干流阎王鼻子水库为例，监测分析水库水体修复效果，主要污染物有BOD5、TN、TP、COD、NH3-N。

3.1 水体修复监测

1)水质监测。采取修筑雨水渗滤沟、清理河底淤泥、设置截留溢流井等生态修复措施，有效治理水库污染水体。完成修复后，对支沟进入水库的水质按每半个月及稳定运行半年的频次定期监测，监测指标有五日生化需氧量BOD5、TN(硝酸盐氮、无机氮、有机氮)、TP(悬浮性磷、溶解性磷)、化学需氧量COD、溶解氧DO、氨氮NH3-N。修复运行期和修复运行初期数据取修复结束后第二年及修复结束当年的监测数据，考虑不同时期监测数据评判水质修复效果。

2)计算方法。受污染水体生态修复效果利用污染物降低率进行评价，即污染物降低率越大则生态修复效果越好，可采用式(1)计算污染物降低率C，即：

C=(C1-C2)/C1×100%

(1)

式中：C1、C2代表生态修复前、后的污染物浓度。

3.2 水体修复效果

选取采样点A(老虎山河汇入大凌河干流处)和采样点D(阎王鼻子水库坝下)为入口、出口，生态修复完成后分析各河段汇入水库的水质，以运行半年后(修复运行期)和运行半个月后(修复初期)作为采样时间。生态修复运行期、修复初期和修复前3个月研究区域水质监测数据，如表2。

表2 研究区域水质监测数据 mg/L

由表2可知，生态修复后河库水质发生明显变化，从采样点1到采样点4水体BOD5、TN、TP、COD、NH3-N浓度下降，而DO浓度上升，并且修复初期的污染物浓度下降幅度略高于修复运行期。

各河段对生态修复水质净化的贡献如图3，结果显示A-B河段以消除DO、COD为主，B-C河段以消除TN、NH3-N为主，C-D河段以消除BOD5、TP为主。

图3 各河段的水质净化贡献率

3.3 水生态修复对策

1)及时实施生态修复。为有效解决水体变异问题制定完善的水生态修复计划，对流域周边的生产、生活布局及时调整，以保证受污染水体的及时修复。

2)实行循环发展模式。合理设计各类生产、生活设施，贯彻执行辽西地区污染物控制指标和工程建设管理流程。将绿化隔离带建设于水库附近，逐步实现地表径流携带污染物入库的有效控制以及河库周边水土涵养功能的提升。合理划分水功能区以及设置保护区，河库区域环境管理严格执行有关法规，减少污染物直接入库概率，为保护水域生态环境提供可靠保障。

3)积极探索新的开发模式。完成生态修复后，应充分考虑河库环境特点积极探索新的河流开发模式，注重恢复河库泄流自净功能。在河库开发过程中以恢复水自净功能为目标，兼顾水库与河流的自净效率预留充足的泄流恢复段，从根本上有效控制入库污染物和水环境的变异。

4 结语

本文结合辽西低山丘陵区大凌河流域水库污染水体特征，为有效解决水库污染水体问题制定行之有效的生态修复对策。根据河库功能划分、地质地貌特征、水体污染程度和研究区水质条件，通过采取有效措施生态修复水库污染水体。结果显示，修复前部分采样点污染物浓度有所增大，水质总体保持不变；生态修复实施后，污染物浓度(运行初期)明显下降，且污染物浓度下降幅度随运行时间的延长有所下降。